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ORCID:  http://orcid.org/0009-0009-5787-8408
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Embargado
Embargo Date: 2027-03-31
Title: Espectroscopia ATR-FTIR associada a algoritmos de inteligência artificial para discriminação de nódulos benignos e malignos em tecido tireoidiano
Alternate title (s): ATR-FTIR spectroscopy integrated with artificial intelligence algorithms for discrimination of benign and malignant nodules in thyroid tissue
Author: Esperidião, Ana Carolina Duarte
First Advisor: Silva, Robinson Sabino da
First coorientator: Rodrigues, Ricardo
First member of the Committee: Zezell, Denise Maria
Second member of the Committee: Silva, Sindeval José da
Summary: Os nódulos tireoidianos são comumente detectados na prática clínica e, embora a maioria seja benigna, excluir o câncer de tireoide continua sendo uma preocupação primordial. O diagnóstico pode ser desafiador, pois a citologia coletada por Punção Aspirativa com Agulha Fina frequentemente apresenta resultados inconclusivos, o que pode levar a uma tireoidectomia diagnóstica. A presente dissertação avaliou o potencial da Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier acoplado com o acessório de Reflexão Total Atenuada combinada com algoritmos de aprendizado de máquina para diferenciar nódulos tireoidianos benignos de malignos em amostras de tecidos frescos congelados. Amostras de tecido nodular tireoidiano foram coletadas de pacientes submetidos a tireoidectomia devido à suspeita de malignidade. Os espectros infravermelhos dos nódulos foram adquiridos e foi realizado pré-processamento focando nas regiões lipídica (3050–2800 cm⁻¹) e de bioimpressão digital (1800–800 cm⁻¹). Esses espectros infravermelhos foram analisados por uma série de algoritmos de aprendizado de máquina, incluindo Máquinas de Vetores de Suporte, Floresta Aleatória, AdaBoost, Rede Neural Artificial, Gradient Boosting e Naïve Bayes. O algoritmo Gradient Boosting obteve o melhor desempenho de discriminação, alcançando uma acurácia de 96%, uma sensibilidade de 100% e uma especificidade de 92%, indicando capacidade de diferenciar efetivamente os nódulos tireoidianos malignos de benignos. A análise SHAP revelou que os modos vibracionais 985, 1561 e 2904 cm⁻¹ foram cruciais para a diferenciação espectral, correlacionando-se com alterações biomoleculares no tecido neoplásico. Esses achados destacam o potencial da Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier acoplado com o acessório de Reflexão Total Atenuada como um método de classificação rápido, livre de reagentes e sustentável, fornecendo uma prova de conceito para diferenciar nódulos tireoidianos benignos de malignos em amostras de tecidos frescos congelados.
Abstract: Thyroid nodules are commonly detected in clinical practice, and while most are benign, ruling out thyroid cancer remains a primary concern. The diagnosis can be challenging, as cytology from Fine Needle Aspiration often yields inconclusive results, potentially leading to a diagnostic thyroidectomy. The present study assesses the potential of Attenuated Total Reflection-Fourier Transform Infrared spectroscopy combined with machine learning to differentiate benign from malignant thyroid nodules in fresh frozen tissue samples. Thyroid nodular tissue samples were collected from patients undergoing thyroidectomy due to suspected malignancy. Infrared spectra were then acquired from these tissue samples, with preprocessing and analysis focusing on the lipidic (3050–2800 cm⁻¹) and biofingerprint (1800–800 cm⁻¹) regions. These infrared spectra were subjected to a series of machine learning algorithms, including Support Vector Machine, Random Forest, AdaBoost, Artificial Neural Network, Gradient Boosting and Naïve Bayes. The Gradient Boosting algorithm achieved the highest performance of discrimination, achieving an accuracy of 96%, a sensitivity of 100%, and a specificity of 92%, indicating capability to effectively differentiate between both types of nodules. SHAP analysis revealed key wavenumbers (985, 1561, and 2904 cm⁻¹) as crucial for spectral differentiation, correlating with biomolecular alterations in neoplastic tissue. These findings highlight the potential of Attenuated Total Reflection-Fourier Transform Infrared spectroscopy as a rapid, reagent-free and sustainable classification method, providing a proof of concept for differentiating benign from malignant thyroid nodules in fresh-frozen tissue samples.
Keywords: Ciências médicas
câncer de tireoide
nódulo tireoidiano
tecido tireoidiano
Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier acoplado com o acessório de Reflexão Total Atenuada
espectroscopia infravermelha.
algoritmos de aprendizado de máquina
thyroid cancer
thyroid nodule
thyroid tissue
Attenuated Totl Reflection-Fourier Transform Infrared
infrared spectroscopy
machine learning algorithms.
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS DA SAUDE::MEDICINA::CLINICA MEDICA::ENDOCRINOLOGIA
Subject: Ciências médicas
Corpo carotídeo
Glândula tireóide - Câncer
Espectroscopia de infravermelho
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Ciências da Saúde
Quote: ESPERIDIÃO, Ana Carolina Duarte. Espectroscopia ATR-FTIR associada a algoritmos de inteligência artificial para discriminação de nódulos benignos e malignos em tecido tireoidiano. 2024. 58 f. Dissertação (Mestrado em Ciências da Saúde) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia. 2024. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.5062
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.5062
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/45135
Date of defense: 25-Feb-2025
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 3. Saúde e bem-estar - Assegurar uma vida saudável e promover o bem-estar para todos, em todas as idades.
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